دانشمندان موفق شدند با استفاده از رایانه‌های کوانتومی هسته‌ی اتم را شبیه‌سازی کنند

محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج (Oak Ridge) وابسته به وزارت انرژی آمریکا (ORNL) موفق شدند برای نخستین بار یک هسته‌ی اتم را با استفاده از رایانه‌ی کوانتومی شبیه‌سازی کنند. این موفقیت نشان دهنده‌ی آن است که از رایانش کوانتومی می‌توان برای انجام محاسبات فیزیک هسته‌ای استفاده کرد.

رایانش کوانتومی با روش‌های معمولی رایانش کاملاً متفاوت است. درحالی‌که رایانه‌های معمولی با استفاده از ترانزیستور و بر اساس اصول منطقی جبر بول (Boole) عمل می‌کند، رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر اصول کوانتومی ماده هستند. این روش جدید رایانش نخستین بار در اوایل دهه‌ی ۱۹۸۰ از سوی ریچارد فاینمن (Richard Feynman) پیشنهاد شد.

در رایانش کلاسیک از «بیت» استفاده می‌شود که یک مقدار صفر یا یک است. اما در رایانش کوانتومی از کیوبیت (qubit) استفاده می‌شود که می‌تواند صفر باشد یا یک و یا هر ترکیب ممکنی از صفر و یک، به‌طوری‌که مجموعه‌ی حالت‌های ممکن آن برای ذخیره‌سازی داده‌ها بسیار زیاد است.

کارهای پژوهشی برای شبیه‌سازی هسته‌ی اتم بر روی رایانه‌های کوانتومی از اکتبر ۲۰۱۷ در ORNL آغاز شد. برای این آزمایش از کامپیوترهای کوانتومی QX5 شرکت IBM و ‎19Q شرکت Rigetti استفاده شد. محققان برای این آزمایش از بسته‌ی نرم‌افزاری pyQuil استفاده کردند که امکان برنامه‌نویسی به زبان دستورالعمل کوانتومی (QUIL) را فراهم می‌کند. دانشمندان پس از نوشتن برنامه‌ی لازم، ابتدا آن را روی سیستم مجازی و سپس بر روی سیستم‌های IBM QX5 و Rigetti ‎19Q که بر روی ابر (cloud) موجود است، اجرا کردند.

این تیم از محققان با استفاده از رایانه‌ی کوانتومی ۷۰۰٬۰۰۰ اندازه‌گیری از انرژی دوترون (حالت پیوسته‌ی پروتون و نوترون) انجام دادند. بر اساس این اندازه‌گیری‌ها، انرژی پیوستگی دوترون را محاسبه کردند، یعنی کمترین انرژی که برای جدا کردن این دوترون به دو ذره‌ی پروتون و نوترون لازم است.

یکی از چالش‌های سیستم‌های کوانتومی آن است که دانشمندان باید شبیه‌سازی‌ها را از راه دور انجام دهند و سپس منتظر شوند که نتایج از راه برسند. این محققان برای اطمینان از دقت آماری نتایج خود، اندازه‌گیری‌ها را ۸٬۰۰۰ بار انجام دادند.